Tham khảo tài liệu 'kỹ thuật viễn thông - chương 15: mã nhị phân đa mức (multilevel binary)', kỹ thuật - công nghệ, kĩ thuật viễn thông phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả
AMBIENT/
Chủ đề:
Nội dung Text: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG - Chương 15: Mã nhị phân đa mức (Multilevel Binary)
- Mã nhị phân đa mức
Chương 15:
(Multilevel Binary)
Một nhóm các loại mã sử dụng các kỹ thuật mã hoá được xem
là mã nhị phân đa mức. Các loại mã này sử dụng nhiều hơn 2
mức tín hiệu. Hai ví dụ về các mã thuộc nhóm này được minh
hoạ trong Hình 4.2 là mã lưỡng cực AMI (bipolar-AMI
(Alternate mark invension)) và mã bậc ba giả (pseudoternary)
- 60 -
- Trong trường hợp của mã lưỡng cực AMI, một bit 0 được biểu diễn
khi không có tín hiệu và một bit 1 được biểu diễn bằng một xung
dương hoặc âm. Các xung biểu diễn bit 1 phải thay đổi cực liên tiếp.
Các tiếp cận này có rất nhiều ưu điểm. Thứ nhất, với chuỗi bit 1 liên
tiếp có độ dài, không còn hiện tượng mất sự đồng bộ giữa 2 bên
gửi và nhận. Mỗi bit 1 sẽ tương ứng với một sự chuyển đổi cực
của xung và thiết bị nhận có thể đồng bộ hoá lại dựa trên sự
chuyển đổi cực này. Thứ hai, bởi vì các tín hiệu 1 thay đổi hiệu
điện thế từ dương đến âm nên không có thành phần một chiều. Dải
thông của tín hiệu trong trường hợp này được xem là nhỏ hơn dải
thông của tín hiệu với mã NRZ (hình 4.3). Cuối cùng, tính chất
chuyển đổi xung cung cấp một cơ chế phát hiện lỗi đơn giản. Bất
kỳ một lỗi độc lập nào theo kiểu xoá một xung hoặc thêm vào một
xung đều gây ra mâu thuẫn với tính chất chuyển đổi xung.
Toàn bộ các tính chất đã mô tả ở đoạn trên cũng được áp
dụng đối với loại mã bậc ba giả (pseudoternary). Trong trường
hợp này, số 1 nhị phân được biểu diễn bằng hiện tượng xuất hiện
tín hiệu và số 0 nhị phân được biểu diễn bằng sự đảo cực dương
và âm của các xung. Mã lưỡng cực AMI và mã bậc ba giả không
khác biệt về ưu điểm và mỗi một loại sẽ là cơ sở của các ứng
dụng.
Mặc dù tính đồng bộ giữa thiết bị truyền và thiết bị nhận khi
sử dụng các loại mã đa cấp này đã được tăng lên so với các loại
mã NRZ, nhưng trường hợp chuỗi các bit 0 liên tiếp trong trường
hợp mã AMI và chuỗi các bit 1 liên tiếp trong trường hợp mã
bậc ba giả vẫn gây ra hiện tượng mất đồng bộ. Có nhiều kỹ thuật
đã được sử dụng để khắc phục vấn đề này. Một cách tiếp cận là
chèn thêm vào các bit để tạo ra những sự chuyển đổi xung. Kỹ
thuật này được sử dụng trong ISDN cho truyền thông tốc độ
thấp. Tất nhiên là đối với tốc độ cao, dạng mã này sẽ là đắt hơn
bởi vì kỹ thuật này sẽ làm tăng tốc độ truyền tín hiệu của tín hiệu
vốn đã có tốc độ cao. Để giải quyết vấn đề này với bài toán truyền
ở tốc độ cao, một kỹ thuật xáo trộn dữ liệu nào đó sẽ được sử
dụng; ta sẽ thấy kỹ hơn về 2 kỹ thuật xáo trộn dữ liệu (scrambling
data) trong các mục sau của chương này.
- 61 -
- Với một số hiệu chỉnh phù hợp, các loại mã nhị phân đa cấp
đã giải quyết được các vấn đề của mã các mã NRZ. Tất nhiên là
với bất kỳ một quyết định thiết kế kỹ thuật nào, cần phải có sự
cân đối hợp lý về mọi mặt. Với mã nhị phân đa cấp, đường tín
hiệu có thể nhận một trong ba cấp. Vì vậy, theo lý thuyết, mỗi
một thành phần tín hiệu có thể biểu diễn được log23 = 1,58 bit
thông tin nhưng trên thực tế mỗi một thành phần tín hiệu chỉ biễu
diễn một bit thông tin. Điều này làm cho tính hiệu quả của mã
nhị phân đa cấp kém hơn so với mã NRZ. Một điều nữa là các
thiết bị thu tín hiệu mã nhị phân đa cấp phải phân biệt được gữa
3 mức (+A, -A, 0) thay vì 2 mức như trong các dạng tín hiệu
khác đã thảo luận trước đó. Vì vậy, tín hiệu nhị phân đa mức yêu
cầu năng lượng tín hiệu lớn hơn xấp xỉ 3 dB so với tín hiệu 2 mức
với cùng một giá trị xác suất lỗi bit. Điều này được minh họa trên
hình 4.4. Nói cách khác, ở cùng một tỷ số tín hiệu trên nhiễu
(Eb/N0), tỷ lệ lỗi bit của mã NRZ nhỏ hơn nhiều so với mã nhị
phân đa cấp.
- 62 -
- IV.1.3. Mã đảo pha (biphase)
Có một nhóm các mã khác được gọi chung là mã đảo pha
(biphase) cũng được sử dụng để khắc phục các vấn đề của các mã
NRZ. Có 2 loại mã trong nhóm này là mã Manchester và mã
Difference Manchester được sử dụng tương đối phổ biến.
Với loại mã Manchester, ở thời điểm giữa của mỗi bit đều
có sự thay đổi mức xung. Việc đổi mức ở giữa này phục vụ như
là một cơ chế tạo xung đồng hồ. Với dữ liệu: sự chuyển đổi từ
mức thấp lên mức cao sẽ biểu diễn bit 1 và sự chuyển đổi từ
mức cao xuống mức thấp sẽ biểu diễn bit 0.
- 63 -
- - 64 -
- Với loại mã Difference Manchester, sự chuyển đổi mức ở
giữa bit cũng được sử dụng để cung cấp cơ chế tạo xung đồng
hồ. Bit 0 được biểu diễn nếu không có sự chuyển đổi mức tại
đầu chu kỳ bit đó và bit 1 được biểu diễn nếu có mặt sự chuyển
đổi mức tại đầu chu kỳ bit đó. Mã Difference Manchester là một
loại mã có được các lợi ích của mã theo kiểu so sánh sự khác biệt
(differential code).
Tất cả các loại mã đảo pha đều yêu cầu tối thiểu một lần
chuyển đổi mức tín hiệu trong chu kỳ của một bit và thường là 2
lần chuyển đổi trong một chu kỳ. Do đó, tốc độ điều chế tín hiệu
lớn nhất gấp 2 lần tốc độ của mã NRZ. Điều này cũng có nghĩa là
băng thông yêu cầu cho loại mã đảo pha này sẽ lớn hơn. Mặt
khác, mã đảo pha có những ưu điểm sau:
+ Đồng bộ hoá (synchronization): Bởi vì có một sự chuyển
đổi được định trước vào thời điểm giữa chu kỳ mỗi bit cho
nên thiết bị thu có thể được đồng bộ hoá trên cơ sở của sự
chuyển đổi này. Vì lý do này, mã đảo pha đôi khi còn
được gọi là mã tự tạo xung nhịp đồng hồ.
+ Không có thành phần tín hiệu một chiều (no
dc component)
+ Phát hiện lỗi (error detection): Việc thiếu một sự chuyển đổi
đã được xác định trước có thể được xem là một cơ chế báo
lỗi. Nhiễu trên đường truyền phải tác động vào cả hai chu kỳ
trước và sau một chuyển đổi mức đã xác định nào đó để gây
ra một lỗi không phát hiện được.
Như hình vẽ 4.3, năng lượng của mã đảo pha tập trung vào
khoảng từ ½ đến 1 lần tốc độ truyền bit. Do đó, loại mã này yêu
cầu dải thông hẹp và không chứa thành phần một chiều. Tuy
nhiên, dải thông của mã này vẫn rộng hơn dải thông của các
loại mã nhị phân đa mức.
Mã đảo pha được sử dụng rất phổ biến cho kỹ thuật
truyền dữ liệu. Mã Manchester được sử dụng trong chuN IEEE
n
802.3 cho việc truyền dẫn trong cáp đồng trục baseband và cáp
đôi xoắn trong các mạng LAN kiểu bus CSMA/CD. Mã
Differential Manchester được chỉ định trong chuN IEEE 802.5
n
- 65 -
- cho mạng LAN Token Ring sử dụng cáp đôi xoắn có vỏ bảo vệ.
IV.1.4. Tốc độ điều chế
Khi sử dụng các kỹ thuật mã hoá tín hiệu, ta cần phân biệt
một cách rõ ràng giữa tốc độ truyền dữ liệu (được tính bằng số
bit trên giây) và tốc độ điều chế (được tính bằng baud). Tốc độ
truyền dữ liệu hay tốc độ truyền bit là 1/tB với tB là khoảng
thời gian một bit. Tốc độ điều chế là tốc độ phát sinh tín hiệu. Ví
dụ, xét kỹ thuật mã hoá Manchester. Bề rộng tối thiểu của một
thành phần tín hiệu là một xung có độ rộng bằng ½ khoảng
thời gian 1 bit. Với một chuỗi liên tiếp các bit 1 hoặc các bit 0.
Phải sinh ra một dòng liên tiếp các xung như vậy. Do đó, tốc độ
điều chế tối đa của mã Manchester là 2/tB. Tình huống này
được minh hoạ trên hình vẽ 4.5 cho thấy việc truyền một chuỗi
các bit 1 liên tiếp với tốc độ truyền dữ liệu là 1Mbps với 2 kiểu
kỹ thuật mã hoá là NRZI và Manchester. Nói chung,
D = R/b =
R/(log2L).
Trong đó: D là tốc độ điều chế tính bằng đơn vị baud,
R là tốc độ truyền dữ
liệu, tính
bằng đơn vị bps.
- 66 -
- L là số các phần
tử tín hiệu
b là số bit trên một phần tử tín hiệu
- 67 -
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
